(57)【要約】  超音波デバイス用の回路が説明される。時間領域および空間的アポディゼーションを支持することができるマルチレベルパルサが説明される。マルチレベルパルサは、ソフトウェア定義波形発生器によって制御され得る。コンピュータコードの実行に応答して、波形発生器は、メモリからマスタセグメントへアクセスし、パルス化回路へ方向付けられるパケットのストリームを生成してよい。パケットのストリームは直列化され得る。複数の復号回路が、空間アポディゼーションを得るためにパケットのストリームを変調してよい。【選択図】図２Ｂ
2019509840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波波形生成制御データの直列並列変換の前に並列直列変換を実行すること
を備える方法。
【請求項２】
前記並列直列変換の実行後かつ前記直列並列変換の実行前に、遅延メッシュネットワークを介して前記超音波波形生成制御データを送信することを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
集積回路が前記並列直列変換および前記直列並列変換を実行し、前記集積回路は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）チップにおいて超音波トランスデューサのアレイと一体化される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサを制御する方法であって、
送信回路によって、複数のマルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように前記複数のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを送信することと、
復号回路によって、前記制御データパケットの前記直列ストリームを受信し前記制御データパケットを前記複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行することと、
前記複数のパルサによって、前記制御データパケットの前記直列ストリームに基づいて複数のパルスを生成することと
を備える方法。
【請求項５】
複数のパルスを生成することに応答して、前記複数の超音波トランスデューサのうちの少なくとも１つの超音波トランスデューサを用いて音響超音波波形セグメントを生成することを更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のパルサのうちの少なくとも１つのパルサは、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備え、前記制御データパケットの前記直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記第１のトランジスタに関連する第１の導通状態および前記第２のトランジスタに関連する第２の導通状態を表す値を備え、
前記値に基づいて、前記第１のトランジスタを前記第１の導通状態とし、前記第２のトランジスタを前記第２の導通状態とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
空間的アポディゼーションを得るために前記複数のパルサにわたり前記制御データパケットの前記直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットを変調することを更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、持続期間を識別するフィールドを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、基準電圧を識別するフィールドを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、トランジスタの導通状態を識別するフィールドを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、基準電圧の指示を有する第１のフィールドおよび持続期間の指示を有する第２のフィールドを含むマルチフィールドデータパケットである、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
時間的アポディゼーションを実現するために、前記制御データパケットの直列ストリームを送信する、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
複数の超音波トランスデューサと、
前記複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサと、
前記複数のパルサに結合され、マルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように第１のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサの前記第１のパルサへ提供するように構成された送信回路と、
前記制御データパケットの前記直列ストリームを受信し前記制御データパケットを前記複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行するように構成された復号回路と
を備える装置。
【請求項１４】
前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記マルチレベル波形が基準電圧の任意の１つになり得るように、複数の前記基準電圧のうちの１つの基準電圧を表す値を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のパルサは、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備え、前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記第１のトランジスタに関連する第１の導通状態および前記第２のトランジスタに関連する第２の導通状態を表す値を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のパルサは双極性パルサを備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数のパルサおよび前記複数の超音波トランスデューサはシリコン基板上に一体化される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットを遅延させるように構成された遅延メッシュ回路を更に備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
空間的アポディゼーションを得るために、前記制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサにわたって変調するように構成された復号回路を更に備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記複数のパルサの第１のパルサに結合された、前記複数の超音波トランスデューサの第１の超音波トランスデューサは、前記制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサの前記第１のパルサへ提供することに応答して、音響超音波波形を生成するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
前記送信回路は、時間的アポディゼーションを実現するために、前記制御データパケットの直列ストリームを提供するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
［0001］  本出願は、参照によってその全体が本願に組み込まれる、“ＳＥＲＩＡＬ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＦＯＲ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ  ＩＮ  ＡＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＤＥＶＩＣＥ”と題された、代理人明細書第Ｂ１３４８．７００２９ＵＳ００号の下で２０１６年３月３１日に出願された米国特許出願第１５／０８７，９７０号の、米国特許法第１２０条の下での利益を主張する継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  分野
［0003］  本出願は、超音波デバイスにおける送信発生器、および関連する方法および装置に関する。
【０００３】
［0004］  関連技術
［0005］  いくつかの超音波デバイスは、パルサに電気波形を提供する波形発生器を含む。応答して、パルサは、超音波音響波形を放出するために超音波トランスデューサを制御する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［0006］  本出願の態様によると、超音波波形生成制御データの直列並列変換の前に並列直列変換を実行することを備える方法が提供される。
【０００５】
［0007］  本出願の態様によると、複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサを制御する方法が提供され、方法は、送信回路によって、複数のマルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように複数のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを送信することと、復号回路によって、制御データパケットの直列ストリームを受信し制御データパケットを複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行することと、複数のパルサによって、制御データパケットの直列ストリームに基づいて複数のパルスを生成することとを備える。
【０００６】
［0008］  本出願の態様によると、複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサと、複数のパルサに結合され、マルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように第１のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを複数のパルサの第１のパルサへ提供するように構成された送信回路と、制御データパケットの直列ストリームを受信することおよび制御データパケットを複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行するように構成された復号回路とを備える装置が提供される。
【０００７】
［0009］  本出願の様々な態様および実施形態は、以下の図面を参照して説明される。図面は必ずしも一定の比率で拡大縮小されていないことを理解すべきである。複数の図面に出現する事項は、それらが出現する図面の全てにおいて同じ参照番号によって示される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】［0010］本出願の非限定的な実施形態に係る、複数のパルス化回路および複数の復号回路を備える超音波デバイスのブロック図を模式的に示す。
【図１Ｂ】［0011］本出願の１つの態様に係る、２つのトランジスタを備えるパルス化回路の回路図を示す。
【図１Ｃ】［0012］いくつかの非限定的な実施形態に係る、波形発生器を備える超音波デバイスのブロック図を模式的に示す。
【図２Ａ】［0013］本出願の非限定的な実施形態に係る、トランスデューサアレイの例示的な配置を示す。
【図２Ｂ】［0014］本出願の非限定的な実施形態に係る、複数のパケット発生器を備える波形発生器のブロック図を模式的に示す。
【図２Ｃ】［0015］本出願の非限定的な実施形態に係る、複数の復号回路を備える超音波デバイスのブロック図を模式的に示す。
【図３Ａ】［0016］本出願の非限定的な実施形態に係る、一連のパケットを示すデータ経路図を示す。
【図３Ｂ】［0017］本出願の非限定的な実施形態に係る、一連のパケットを通して形成された典型的なマルチレベルパルスを示す時間図を示す。
【図４】［0018］本出願の非限定的な実施形態に係る、複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサを制御する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［0019］  超音波プローブは、プローブによって放出される波形を生成するための集積回路を含んでよい。集積回路は、本明細書において「チップ」とも称される、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）ダイ上に製造され得る。いくつかの実施形態において、超音波トランスデューサはＣＭＯＳチップに一体化され、超音波オンチップデバイスを形成してよい。たとえば、超音波トランスデューサは、ＣＭＯＳダイ上の集積回路に一体化され得る、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）であってよい。集積回路は、超音波トランスデューサを駆動する電気波形を生成するように構成された波形発生回路を含んでよい。
【００１０】
［0020］  本出願の態様は、マルチレベルパルスを生成するために超音波デバイスのパルサを制御するためのプログラマブル波形発生器を提供する。出願人は、マルチレベルパルスを生成するように構成された超音波デバイスが、生成される超音波画像のコントラストを著しく向上させ得ることを認識している。本出願の１つの態様によると、マルチレベルパルスを提供するように設計されたパルス化回路は、時間的および空間的アポディゼーションの形成を容易にするために用いられる。アポディゼーションは、送信されたパルスに関連するサイドローブの範囲を低減することによって、生成される画像の解像度を高め得る。本明細書で説明される種類のマルチレベルパルスは、選択可能な値のセットの中から選択された任意の値であってよく、セットは少なくとも３つの値を備えてよい。
【００１１】
［0021］  そのようなマルチレベルパルスの生成は、パルス化回路の状態を制御するための複雑な駆動回路を必要とし得る。駆動回路の複雑性は、マルチレベルパルスの生成が非同期的に起こる場合、更に激化し得る。駆動回路の複雑性は、相当の電力および空間要件につながる。これは、利用可能な電力が（たとえばバッテリによって供給できる電力に）制限され、または過熱または危険な動作を防ぐために電力消費が何らかの閾値未満に保たれ、設置空間が数立方センチメートルに限定され得るハンドヘルド超音波プローブ、聴診器、または他の小型形式に超音波デバイスが設けられる場合、実現が困難であり得る。
【００１２】
［0022］  出願人は、マルチレベルパルスが、ソフトウェア定義波形発生器を用いて生成され得ることを認識している。本明細書で説明される種類のソフトウェア定義波形発生器は、パルス生成を実行するために用いられるハードウェアの量を限定することによって、波形発生器（複数も可）の電力および空間要件を著しく低減し得る。波形発生器は、各テンプレートがパルス化回路に関する特定の状態を表すように、メモリ格納テンプレートへのアクセスを有してよい。たとえばテンプレートは、パルス化回路が固定され得る選択可能基準電圧のセットを含んでよい。またテンプレートは、本明細書において「マスタセグメント」、「波形セグメント」、または他の類似した用語によって称されてもよい。波形発生器は、メモリに格納されたテンプレートにアクセスし、各パケットがパルスセグメントを生成するために１または複数のパルス化回路を制御し得るようにテンプレートをパケット化するように構成されたコントローラを備えてよい。「パルスセグメント」は、本明細書においてパルス部分とも称され、パルスの電圧は、パルスセグメントの持続期間を通して一定であり、選択された基準電圧に固定される。以下で詳述するように、マスタセグメントおよびパケットはデジタル領域において定義され、パルスセグメントはアナログ領域において定義される。
【００１３】
［0023］  本出願の他の態様によると、超音波信号の空間的アポディゼーションは、並列入力データストリームではなく波形発生器によって提供された直列データストリーム入力で動作する回路を用いて実現される。いくつかの実施形態において、超音波デバイスのパルス化回路と波形発生器との間のパケットデータ経路に沿って配置された復号回路は、所望の空間プロファイルに基づいて波形発生器によって生成されたパケットを受信し空間的に変調することによって空間的アポディゼーションを提供するように構成され得る。したがって、アレイの各超音波トランスデューサは、トランスデューサの位置に依存する入力制御値を提供され得る。本明細書で説明される種類の復号回路の使用は、パケットの直列化ストリームを生成するように構成され得る波形発生器の設計を著しく簡単にする。
【００１４】
［0024］  これらの特徴は、超音波トランスデューサを制御するための波形を生成するための電力および空間効率の良い回路の形成を容易にし、それによって集積回路および超音波トランスデューサを有するＣＭＯＳ基板を含む超音波オンチップデバイスの形成を容易にし得る。
【００１５】
［0025］  上述した態様および実施形態、ならびに追加の態様および実施形態が以下で詳述される。これらの態様および／または実施形態は、個々に、集合的に、または２つ以上の任意の組み合わせで用いられてよく、この点に関して本出願は限定されない。
【００１６】
［0026］  本出願の１つの態様によると、マルチレベルパルスを提供するように構成されたパルス化回路が提供される。パルス化回路は、超音波デバイスのそれぞれの超音波トランスデューサに１または複数のパルスを提供するように構成され得る。パルス（複数も可）は、一連のパルスセグメントによって形成され得る。パルスの各パルスセグメントは、最初の時間ｔｉと最後の時間ｔｆとの間の、選択可能な基準電圧のセットの中の１つであってよい。パルスは、いくつかの実施形態において非同期性であってよく、各パルスセグメントの持続期間ｔｆ〜ｔｉは可変であってよい。
【００１７】
［0027］  図１Ａは、本出願の非限定的な実施形態に係る、複数のパルス化回路および複数の復号回路を備える超音波デバイスのブロック図を模式的に示す。超音波デバイス１００は、複数の回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎを備えてよく、Ｎは整数である。回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎは、それぞれの超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎに電気的に接続され得る。超音波デバイス１００は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１１を更に備えてよい。
【００１８】
［0028］  回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎは、超音波音響波の送信および／または受信のための回路を備えてよい。送信側において、回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎは、それぞれのパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎに結合された復号回路１０５１・・・１０５Ｎを備えてよい。パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎは、音響波形を放出するためにそれぞれの超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎを制御してよい。
【００１９】
［0029］  パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎは、いくつかの実施形態において、それぞれの超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎにパルスを提供するように構成された回路である。いくつかの実施形態において、パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎは、選択可能なレベルのセットから選択された３つ以上のレベルを示すマルチレベルパルスを提供してよい。選択可能なレベルは、いくつかの実施形態において基準電圧であってよい。パルス化回路は、一度に１つの基準電圧を受信し、受信した基準電圧に固定するパルスを形成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、パルサは、正電圧および／または負電圧を示すことができる双極性パルスを提供してよい。
【００２０】
［0030］  いくつかの実施形態において、パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎは、２つのトランジスタを備えてよい。図１Ｂは、図１Ａのパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎのいずれかとして機能し得るパルス化回路１０３の回路図を示す。図１Ｂのパルス化回路１０３は、第１のトランジスタ１２７および第２のトランジスタ１２９を備える。いくつかの実施形態において、第１のトランジスタ１２７は正の金属酸化膜半導体（ｐＭＯＳ）トランジスタであり、第２のトランジスタ１２９は負の金属酸化膜半導体（ｎＭＯＳ）トランジスタである。ただし、他の任意の適切な数および／または種類のトランジスタが用いられてよい。
【００２１】
［0031］  第１のトランジスタ１２７は、以前選択された基準電圧よりも大きい新たな基準電圧が選択されると、制御信号Ｖｃ１によって導通状態に設定され得る。この場合、第１のトランジスタ１２７は、供給電圧ＶＨと超音波トランスデューサ１０１との間で電流を駆動してよく、超音波トランスデューサの端子間の電圧は、現在選択されている基準電圧に達するまで増加してよい。フィードバック回路１２５は、超音波トランスデューサの端子間の電圧を比較し、これを現在選択されている基準電圧と比較してよい。トランスデューサの端子間の電圧が基準電圧に等しいか、あるいは基準電圧の所定の定数倍比例する電圧に等しい場合、フィードバック回路１２５は、制御信号Ｖｃ１によって第１のトランジスタ１２７をオフにしてよい。超音波トランスデューサ１０１は容量性であるため、基準電圧に等しい、または比例するように端子間の電圧を維持してよい。
【００２２】
［0032］  同様に、第２のトランジスタ１２９は、以前選択された基準電圧よりも小さい新たな基準電圧が選択されると、制御信号Ｖｃ２によって導通状態に設定され得る。この場合、第２のトランジスタ１２９は、供給電圧ＶＬと超音波トランスデューサ１０１との間で電流を駆動してよく、超音波トランスデューサの端子間の電圧は、現在選択されている基準電圧に達するまで減少してよい。いくつかの実施形態において、ＶＬはＶＨよりも小さい。ＶＬは、正電圧、負電圧、またはゼロであってよい。フィードバック回路１２５は、超音波トランスデューサの端子間の電圧と、現在選択されている基準電圧とを比較してよい。トランスデューサの端子間の電圧が基準電圧に等しいか、あるいは基準電圧の所定の定数倍比例する電圧に等しい場合、フィードバック回路１２５は、制御信号Ｖｃ２によって第２のトランジスタ１２９をオフにしてよい。超音波トランスデューサ１０１は容量性であるため、基準電圧に等しい、または比例するように端子間の電圧を維持してよい。
【００２３】
［0033］  本出願の態様は、複数のマルチレベルパルサを有する超音波デバイスにおいて用いることに適した復号回路を提供する。例は、図１Ａの復号回路１０５１・・・１０５Ｎに関する。いくつかの実施形態において、復号回路１０５１・・・１０５Ｎは、単一の回路素子の一部であってよいが、他の実施形態において、これらは個別の回路を備えてよい。いくつかの実施形態において、各復号回路は、それぞれの超音波トランスデューサに対応してよい。ただし、他の実施形態において、複数の超音波トランスデューサが１つの復号回路を共有してよい。いくつかの実施形態において、復号回路１０５１・・・１０５Ｎは、以下で詳述するように、波形発生器によって生成されたパケットを変調し、変調パケットをそれぞれのパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎへ提供するように構成され得る。いくつかの実施形態において、復号回路１０５１・・・１０５Ｎは、空間的アポディゼーションが得られるように、それぞれのパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎへパルスを提供してよい。
【００２４】
［0034］  以下で詳述するように、超音波デバイス１００は、復号回路１０５１・・・１０５Ｎへ直列化パケットを提供するように構成された１または複数の波形発生器（図１Ａには不図示）を更に備えてよい。いくつかの実施形態において、波形発生器（複数も可）は、選択可能なマスタセグメントのライブラリから選択することができるマスタセグメントを集約することによってパケットを形成するように構成され得る。
【００２５】
［0035］  再び図１Ａを参照すると、回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎの受信回路は、超音波音響波の受信に応答して、それぞれの超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎからの電気信号を受信してよい。示される例において、各回路チャネル１０２１・・・１０２Ｎは、それぞれの受信スイッチ１０７１・・・１０７Ｎおよび受信回路１０９１・・・１０９Ｎを備える。受信スイッチ１０７１・・１０７Ｎは、所与の超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎからの電気信号の読出しをアクティブ化／非アクティブ化するように制御され得る。いくつかの実施形態において、受信回路１０９１・・・１０９Ｎは、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を備えてよい。
【００２６】
［0036］  超音波デバイス１００は、ＡＤＣ１１１を更に備えてよい。ＡＤＣ１１１は、超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎによって受信した信号をデジタル化するように構成され得る。様々な受信信号のデジタル化は、直列または並列で実行され得る。
【００２７】
［0037］  図１Ａは、超音波デバイスの回路の一部として複数の部品を示すが、本明細書で説明される様々な態様は、図示されたとおりの部品または部品の構成に限定されないことを理解すべきである。
【００２８】
［0038］  超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎは、いくつかの実施形態において、受信した超音波音響波を表す電気信号を生成するセンサである。また超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態において超音波音響波を送信してもよい。超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態において容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）であってよい。ただし、他の実施形態において他の種類の容量性超音波トランスデューサが用いられてもよい。
【００２９】
［0039］  図１Ａの部品は、単一の基板または異なる基板に存在してよい。たとえば超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎは第１の基板にあってよく、図示された他の部品は第２の基板にあってよい。第１および第２の基板は、たとえばシリコン基板などの半導体基板であってよい。代替実施形態において、図１Ａの部品は、単一の基板にあってよい。たとえば超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎおよび図示された回路は、同じ半導体ダイにおいてモノリシックに一体化され得る。
【００３０】
［0040］  実施形態によると、図１Ａの部品は、超音波プローブの一部を形成する。超音波プローブはハンドヘルドであってよい。いくつかの実施形態において、図１Ａの部品は、患者が着用するように構成された超音波パッチの一部を形成する。
【００３１】
［0041］  上述したように、超音波デバイスは、選択可能なテンプレートのセットに基づいて複数のパケットを生成するように構成された１または複数の波形発生器を備えてよい。パケットは、復号回路１０５１・・・１０５Ｎによって復号され、パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎを通してマルチレベルパルスを形成するために用いられ得る。図１Ｃは、いくつかの非限定的な実施形態に係る、波形発生器１５１を備える超音波デバイス１１０のブロック図を模式的に示す。超音波デバイス１００は、メモリ１５３、送信器アレイ１５０、トランスデューサアレイ１５２、受信器アレイ１５４、信号調整／処理回路１７０、タイミングおよび制御回路１６０、電力管理回路１８０、またはそれらの任意の適切な組み合わせを更に備えてよい。
【００３２】
［0042］  いくつかの実施形態において、超音波デバイス１１０は、超音波デバイス１００の部品の一部または全部を備えてよい。超音波デバイス１１０の送信器アレイ１５０は、いくつかの実施形態において超音波デバイス１００のパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎおよび復号回路１０５１・・・１０５Ｎを備えてよい。トランスデューサアレイ１５２は、いくつかの実施形態において超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎを備えてよい。超音波トランスデューサは、１次元または２次元アレイに組織され得る。受信器アレイ１５４は、いくつかの実施形態において受信スイッチ１０７１・・・１０７Ｎおよび受信回路１０９１・・・１０９Ｎを備えてよい。信号調整／処理ユニット１７０は、ＡＤＣ１１１を備えてよい。いくつかの実施形態において、信号調整／処理ユニット１７０は、トランスデューサアレイ１５２によって受信した超音波音響波に基づいて画像を形成するように構成されたデジタル回路を更に備えてよい。
【００３３】
［0043］  本出願の態様によると、波形発生器１５１は、送信器アレイ１５０のパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎを駆動するための制御信号を生成するように構成され得る。制御信号はパケットに組織されてよく、各パケットは、選択された基準電圧に対応する情報を備えてよい。いくつかの実施形態において、パケットは、パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎのそれぞれのフィードバック回路１２５へ方向付けられ得る。パケットのコンテンツは、図３Ａに関して説明される。
【００３４】
［0044］  いくつかの実施形態において、波形発生器１５１は、メモリ１５３に接続され得る。以下で詳述するようにメモリ１５３は、複数のマスタセグメントを格納してよい。波形発生器１５１は、１または複数のマスタセグメントを取得するためにメモリ１５３へアクセスしてよい。波形発生器１５１は、所望の一連のパケットを形成するために様々なマスタセグメントを結合してよい。
【００３５】
［0045］  いくつかの実施形態において、メモリ１５３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）ユニット、読取専用メモリ（ＲＯＭ）ユニット、フラッシュメモリユニット、または波形セグメントを格納することができる任意の適切な種類のメモリを備えてよい。いくつかの実施形態において、波形発生器１５１は、１または複数の論理回路を備えてよい。論理回路（複数も可）は、プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコントローラ、またはそれらの任意の適切な組み合わせを備えてよい。波形発生器１５１は、メモリ１５３に格納されたデータにアクセスし、メモリから取得されたデータを処理するためにコンピュータ命令（複数も可）を実行するように構成され得る。
【００３６】
［0046］  超音波デバイス１００は、超音波デバイス１００と外部デバイスとの間の物理インタフェースであってよい出力ポート１１４を更に備えてよい。たとえば出力ポート１１４は、たとえば専用ＦＰＧＡ、ＧＰＵ、または他の適切なデバイスなど、大量の超音波データを受信および処理することができる外部デバイスに接続してよい。単一の出力ポート１１４が図示されるが、複数の出力ポートが設けられ得ることを理解すべきである。超音波デバイス１００は、クロック信号ＣＬＫを受信し、タイミングおよび制御回路１６０へ提供するためのクロック入力ポート１１６も含んでよい。
【００３７】
［0047］  電力管理回路１８０は、グランド（ＧＮＤ）信号および電圧基準（ＶＩＮ）信号を受信してよい。任意選択的に、超音波デバイス１００が高強度集中型超音波（ＨＩＦＵ）を提供するために用いられる場合、ＨＩＦＵコントローラ１９０が含まれ得る。示される実施形態において、図示された素子は全て、単一の半導体ダイ（または基板またはチップ）１１２に形成され得るが、全ての実施形態がこの点に関して限定されることはない。
【００３８】
［0048］  トランスデューサアレイ１５２は、いくつかの実施形態において、行および列に配置され得る。図２Ａは、本出願の非限定的な実施形態に係る、トランスデューサアレイの例示的な構成を示す。図示するように、超音波デバイス１００のトランスデューサアレイ１５２は、複数のモジュール２０４を有してよい。図示するように、モジュール２０４は、複数の素子２０６を備えてよい。素子２０６は、複数のセル２０８を備えてよい。セル２０８は、図１Ａに関して説明した種類の超音波トランスデューサを備えてよい。
【００３９】
［0049］  図示した実施形態において、トランスデューサアレイ１５２は、７２行および２列を有するアレイとして配置された１４４のモジュールを備える。ただし、トランスデューサアレイは、任意の適切な数の行および列を有するモジュールの１次元または２次元アレイとして、または他の任意の適切な方法で配置され得る、任意の適切な数のモジュール（たとえば、１つ以上のモジュール、２つ以上のモジュール、１０以上のモジュール、１００以上のモジュール、１０００以上のモジュール、５０００以上のモジュール、１０，０００以上のモジュール、２５，０００以上のモジュール、５０，０００以上のモジュール、１００，０００以上のモジュール、２５０，０００以上のモジュール、５００，０００以上のモジュール、２〜１００万のモジュール、またはそのような範囲内の数範囲のうちの任意の数）を備えてよいことを理解すべきである。
【００４０】
［0050］  図示した実施形態において、各モジュールは、２行および３２列を有するアレイとして配置された６４の超音波素子を備える。ただし、モジュールは、任意の適切な数の行および列を有する超音波素子の１次元または２次元アレイとして、または他の任意の適切な方法で配置され得る、任意の適切な数の超音波素子（たとえば、１つの素子、２つ以上の超音波素子、４つ以上の超音波素子、８つ以上の超音波素子、１６以上の超音波素子、３２以上の超音波素子、６４以上の超音波素子、１２８以上の超音波素子、２５６以上の超音波素子、５１２以上の超音波素子、２〜１０２４の超音波素子、２５００以上の超音波素子、５，０００以上の超音波素子、１０，０００以上の超音波素子、２０，０００以上の超音波素子、１０００〜２０，０００の超音波素子、またはそのような範囲内の数範囲のうちの任意の数）を備えてよいことを理解すべきである。
【００４１】
［0051］  図示した実施形態において、各超音波素子は、４列および４行を有する２次元アレイとして配置された１６のセル２０８を備え、セルは超音波トランスデューサを表し、これら２つの用語は本明細書において同義的に用いられる。ただし、素子は、任意の適切な数の行および列を有する１次元または２次元アレイ（正方形または長方形）として、または他の任意の適切な方法で配置され得る、任意の適切な数のセル（たとえば、１つ、２つ以上、４つ以上、１６以上、２５以上、３６以上、４９以上、６４以上、８１以上、１００以上、１〜２００、またはそのような範囲内の数範囲のうちの任意の数）を備えてよいことを理解すべきである。いくつかの実施形態において、各セル２０８は、図１Ａに関して説明した種類の超音波トランスデューサを備えてよい。
【００４２】
［0052］  いくつかの実施形態において、送信器アレイ１５０は、各超音波トランスデューサが１つのパルス化回路に対応するように、図２Ａに示すモジュール、超音波素子、およびセルを一致させる構成に配置され得る。ただし、他の構成も可能である。たとえば、単一のパルス化回路は、たとえばセル２０８の超音波トランスデューサの全てなど、複数の超音波トランスデューサを駆動するように構成され得る。
【００４３】
［0053］  本出願の１つの態様によると、マルチレベルパルスを生成するために用いられる回路は、いくつかの例において、ソフトウェアを介したパルスの生成を実行することによって著しく低減され得る。たとえば、コンピュータコードは、ユーザによって、所望のパルスプロファイルを提供するようにプログラムされ得る。パルスのプロファイルは、プローブされる標的および／またはプロービングが行われる環境の性質に基づいて設計され得る。コンピュータコードは、波形発生器１５１とインタラクトするように構成された命令のセットを備えてよい。命令の実行に応答して、波形発生器１５１は、上述した種類の複数のパケットを生成してよい。
【００４４】
［0054］  いくつかの実施形態において、波形発生器１５１は、直列化方式でパケットを生成するように構成され得る。したがって、各パケットは、先行パケットの送信に続いて送信され得る。ただし、本出願はこの点に関して限定されず、パケットは、任意の適切な程度の並列化を用いて送信されてよい。図２Ｂは、本出願の非限定的な実施形態に係る、波形発生器のブロック図を模式的に示す。波形発生器１５１は、１または複数のパケット発生器（たとえばパケット発生器２６０１および２６０２）、１または複数の符号化回路（たとえば符号化回路２６２１および２６２２）、コントローラ２６５、および遅延メッシュ回路２６９を備えてよい。
【００４５】
［0055］  メモリ１５３は、複数のレコードを備えてよく、レコード、いくつかの実施形態において各レコードは、１つのマスタセグメントを含む。いくつかの実施形態において、マスタセグメントは集合的に、パルス化回路がなり得る可能な状態の全てを表す。たとえばマスタセグメントは、選択可能な基準電圧に関するフィールドを備えてよい。いくつかの実施形態において、マスタセグメントは、パルス化回路１０３１・・１０３Ｎのそれぞれのフィードバック回路１２５に関する制御信号Ｖｃ１およびＶｃ２に関するフィールドを備えてよい。いくつかの実施形態において、メモリ１５３は分割されてよく、各パケット発生器について少なくとも１つのセクションを備えてよい。そのような実施形態において、パケット発生器２６０１は、メモリ１５３のセクションに格納されたデータを用いてよく、パケット発生器２６０２は、メモリ１５３の他のセクションに格納されたデータを用いてよい。いくつかの実施形態において、そのような部分は重なってよい。他の実施形態において、そのような部分は同一部分を備えてよい。
【００４６】
［0056］  コンピュータ命令のセットの実行に応答して、コントローラ２６５は、メモリ１５３にアクセスし、ユーザによって要求されたようにマスタセグメントの数を選択するように、パケット発生器を制御してよい。パケット発生器は、選択されたマスタセグメントに基づいて一連のパケットを形成してよい。各パケットは、選択されたマスタセグメントに対応してよい。いくつかの実施形態において、任意の対応するマスタセグメントを有さない特定のパケットが、パケット発生器によってパケットストリームに含まれ得る。たとえば、一連のパケットの第１のパケット、すなわちスタートパケットは、マスタセグメントに対応する他の任意のパケットより前にパケット発生器によって生成され得る。追加または代替として、一連のパケットの最後のパケット、すなわちエンドパケットは、他の全てのパケットより後にパケット発生器によって生成され得る。
【００４７】
［0057］  図２Ｂに示すように、波形発生器１５１は２つのパケット発生器を備えてよく、各パケット発生器は、複数の超音波素子（たとえば超音波素子２０６）を備える列へパケットを提供する。ただし、本出願はこの点に関して限定されず、他の任意の適切な数のパケット発生器が用いられてよく、各パケット発生器が任意の適切な数の素子へパケットを提供してよい。
【００４８】
［0058］  パケット発生器２６０１および２６０２によって生成されたパケットは、それぞれの符号化回路２６２１および２６２２へ提供され得る。応答して、符号化回路は、提供されたパケットを符号化してよい。いくつかの実施形態において、符号化回路は、パケットの直列化を実行するように構成され得る。符号化回路は、パケット発生器によって生成されたパケットをパルス化回路へ提供するために用いられるデータの量を低減することによって、所望のパケットを格納および伝達するために用いられるメモリの量における貴重な低減をもたらし得る。
【００４９】
［0059］  いくつかの実施形態において、符号化回路は、ＮからＭへのビットエンコーダ（ＮおよびＭの各々は正の整数であり、ＮはＭよりも大きい）を実装するように構成されてよく、符号化回路がＢビットから成る入力信号を符号化すると、その結果生じる符号化信号は、約Ｂ×Ｍ／Ｎビットを含む（Ｂは正の整数）。特定の非限定的な例として、符号化回路は、２から１へのビットエンコーダを実装するように構成されてよく、符号化回路がＢビットの入力信号を符号化すると、その結果生じる符号化信号は、約Ｂ／２ビットを有する。他の特定の非限定的な例として、符号化回路は、３から２へのビットエンコーダを実装するように構成されてよく、符号化回路がＢビットの入力信号を符号化すると、その結果生じる符号化信号は、約２Ｂ／３ビットを有する。また他の特定の非限定的な例として、符号化回路は、３から１へのビットエンコーダを実装するように構成されてよく、符号化回路がＢビット野入力信号を符号化すると、その結果生じる信号は、約Ｂ／３ビットを有する。非限定的な適切な符号化回路の更なる詳細は、参照によってその全体が本出願に組み込まれる米国特許第９，２２９，０９７号に記載されている。
【００５０】
［0060］  符号化回路２６２１および２６２２によって生成された符号化パケットは、いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９へ提供され得る。遅延メッシュ回路２６９は、パケットの複数のバージョンを生成するための遅延メッシュを含んでよく、遅延メッシュは、波形発生器によって生成されたパケットを受信するように構成された入力、および複数のパルス化回路へパケットの複数のバージョンを提供するように構成された複数の（並列）出力を有する。遅延メッシュは、遅延メッシュに適用された様々な制御に応答して、波形発生器によって生成されたパケットの様々なバージョンを生成するように制御され得る。このように、超音波デバイスは、様々な種類の超音波波形を生成するように制御され得る。
【００５１】
［0061］  いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は複数の遅延メッシュユニットを備えてよく、その各々が、パケットの１または複数の時間遅延バージョンを取得するためにパケットを遅延させ、それらを１または複数のパルス化回路への出力信号として提供してよい。１または複数の他の遅延メッシュユニットへ提供された出力信号は、それらの遅延メッシュユニットによって更に時間遅延され、また他の遅延メッシュユニットによって送信および／または更に処理され得る。このように、遅延メッシュ回路に入力されたパケットは、複数の遅延メッシュユニットを介して伝搬してよく、遅延メッシュユニットの１または複数がパケットを時間遅延させ、その結果生じる時間遅延バージョン（複数も可）を、送信のために１または複数の超音波素子へ提供する。このように、遅延メッシュ回路は、パケットの複数の時間遅延バージョンを生成し、これらのバージョンをパルス化回路へ提供してよい。遅延メッシュユニットは、パケットを格納および／またはパケットに動作を実行するためのバッファを備えてよい。いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は、多数の遅延メッシュユニットを備えてよく、それによって、各遅延メッシュユニットのバッファのサイズが低減され、単一基板超音波デバイスに遅延メッシュ回路を実装する空間要件および電力要件の両方が低減され得る。非限定的な適切な遅延メッシュ回路の更なる詳細は、参照によってその全体が本出願に組み込まれる米国特許第９，２２９，０９７号に記載されている。
【００５２】
［0062］  いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は、複数の出力２７０１・・・２７０Ｎを有してよい。いくつかの実施形態において、出力の数は、送信器アレイ１５０のパルス化回路の数と等しい。様々な出力２７０１・・・２７０Ｎは、いくつかの実施形態において、符号化回路によって提供されたパケットの様々な時間遅延バージョンであってよい。他の実施形態において、様々な出力２７０１・・・２７０Ｎは全て等しい遅延を有してよい。いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は、時間的アポディゼーションを提供するように構成され得る。
【００５３】
［0063］  本出願の態様によると、送信器アレイ１５０は、複数の復号回路を備えてよい。いくつかの実施形態において、符号化回路は、出力２７０１・・・２７０Ｎを通して取得されたパケットを復号してよい。図２Ｃは、本出願の非限定的な実施形態に係る、複数の復号回路を備える超音波デバイスのブロック図を模式的に示す。各復号回路１０５１・・・１０５Ｎは、それぞれの出力２７０１・・・２７０Ｎから１または複数のパケットを受信してよい。コントローラ２６６は、復号回路１０５１・・・１０５Ｎを制御するように構成され得る。復号回路は個別部品として示されるが、いくつかの実施形態において、それらは単一のデコーダ回路ブロックの一部であってもよい。各復号回路は、それぞれのパルス化回路１０３１・・・１０３Ｎに接続され得る。各パルス化回路は、超音波トランスデューサ１０１１・・・１０１Ｎに接続され得る。
【００５４】
［0064］  いくつかの実施形態において、コントローラ２６６は、コンピュータ命令のセットの実行に応答して動作してよい。いくつかの実施形態において、直列化パケットの復号は、直列並列変換を実行することを備えてよい。したがって復号回路は、一度にパケット１ビットを受信し、１または複数のビットワードを形成してよい。たとえば１ワードは、基準電圧を定義するために用いられるビットを備えてよい。いくつかの実施形態において、基準電圧に対応するワードは、符号化回路によって並列でそれぞれのパルス化回路へ送信され得る。「並列送信」は、本明細書において、ワードを形成する各ビットがそれぞれの導線において送信されることを意味する。
【００５５】
［0065］  いくつかの実施形態において、コントローラ２６６は、受信したパケットを変調するように構成され得る。パケットの「変調」は、本明細書において、選択された基準電圧に対応するパケットの値を所望の係数で乗算または割り算することを意味するように用いられる。パケットを変調する効果は、パケット内で送信される基準電圧の拡大縮小バージョンの生成である。いくつかの実施形態において、復号回路によって受信された様々なパケットは、様々な係数で変調され得る。たとえばパケットは、各復号回路が所望の係数を提供し得るように、所望の変調プロファイルに従って変調され得る。
【００５６】
［0066］  パケットは、超音波トランスデューサのアレイ全体に空間的アポディゼーションを提供するために変調され得る。いくつかの実施形態において、パケットに含まれる基準電圧は、いくつかの実施形態において０．００１〜１、いくつかの実施形態において０．００１〜０．９９９、いくつかの実施形態において０．０１〜０．９９、いくつかの実施形態において０．１〜０．９、いくつかの実施形態において０．２５〜０．７５、いくつかの実施形態において０．４〜０．７、または他の任意の適切な値の間または値範囲の係数による割り算または乗算によって変調され得る。他の値も可能である。いくつかの実施形態において、変調は、デジタル領域において実行され得る。いくつかの実施形態において、変調率は２ビットで表され、４つの組み合わせを提供してよい。限定ではなく一例として、変調率は、０、０．４、０．７、および１に等しくてよい。他の値も可能である。復号回路がパケットを受信すると、対応する基準電圧は、本明細書で説明される４つの変調率の１つによって乗算され得る。限定ではなく一例として、復号回路は、空間的アポディゼーションを実行するように構成されてよく、放出された超音波音響波は、アレイの中間においてメインローブを有し、アレイのエッジに向かって強度減衰を有する。
【００５７】
［0067］  いくつかの実施形態において、復号回路は、ＭからＮへのビットデコーダ（ＮおよびＭの各々は正の整数であり、ＮはＭよりも大きい）を実装するように構成されてよく、復号回路がＢビットの入力信号を復号すると、その結果生じる復号信号は、約Ｂ×Ｎ／Ｍビットを有する（Ｂは正の整数）。特定の非限定的な例として、復号回路は、１から２へのビットデコーダを実装するように構成されてよく、復号回路がＢビットの入力信号を復号すると、その結果生じる復号信号は、約２Ｂビットを有する。復号関数は、符号化回路２６２１および２６２２によって提供された符号化関数の逆数であってよい。
【００５８】
［0068］  図３Ａは、本出願の非限定的な実施形態に係る、一連のパケットを示すデータ経路図を示す。図３Ａは、複数のレコードを備えるメモリ１５３を示し、各レコードはマスタセグメント３５３１・・・３５３Ｎを含む。上述したように、マスタセグメント３５３１・・・３５３Ｎは集合的に、所望のパルスプロファイルを生成するためのベースを表す。データ経路のステージ３１０は、非限定的である典型的な一連のパケット３１１１、３１１２、・・・３１１ｋの生成を表し、ｋは２より大きい任意の整数値であってよい。各パケットは、マスタセグメントの１つに対応してよい。一連のパケットは、スタートパケットで開始し、および／またはエンドパケットで終了してよい。
【００５９】
［0069］  パケット３１１１は、更に詳しく示される。いくつかの実施形態において、パケット３１１１は、第１のトランジスタ１２７および第２のトランジスタ１２９の導通状態を決定するための１または複数のビットを含むフィールド３１２Ａを備えてよい。フィールド３１２Ａは、それぞれのパルス化回路のフィードバック回路１２５へ方向付けられ得る。フィールド３１２Ａに基づいて、フィードバック回路は、信号Ｖｃ１およびＶｃ２を制御してよい。
【００６０】
［0070］  いくつかの実施形態において、パケット３１１１は、基準電圧を表す１または複数のビットを含むフィールド３１２Ｂを備えてよい。基準電圧を表すために必要なビットの数は、選択可能な基準電圧の数に依存し得る。一例として、選択可能電圧の数がｎである場合、フィールド３１２Ｂは、ｌｏｇ２ｎより大きい、小さい、またはｌｏｇ２ｎと等しいビット数を含んでよい。いくつかの実施形態において、フィールド３１２Ｂを表すために用いられるビットの数は、ランタイム中に再構成され得る。たとえば、マルチレベルパルサはランタイム中、２レベルパルサとして動作するように再構成され得る。そのような状況において、基準電圧を表すビットの数は低減され得る。フィールド３１２Ｂは、それぞれのパルス化回路のフィードバック回路１２５へ方向付けられ得る。いくつかの実施形態において、パケット３１１１は、１または複数の制御ビットを含むフィールド３１２Ｃを備えてよい。制御ビットは、出力２７０１・・・２７０Ｎにわたる遅延を決定するために遅延メッシュ回路２６９へ、および／または空間的アポディゼーションプロファイルを制御するためにコントローラ２６６へ方向付けられ得る。
【００６１】
［0071］  一連のパケットは、図３Ａに示すように、パルス３２０を生成するためにパルス化回路によって用いられ得る。パルス３２０は、パルスセグメント３２１１、３２１２、・・・３２１ｋを備えてよく、各パルスセグメントは、それぞれのパケット３１１１、３１１２、・・・３１１ｋに応答して生成される。各パルスセグメントの持続期間は、所定のセグメント持続期間に達するまでクロックサイクルをカウントするように構成されたカウンタによって制御され得る。パルスは、いくつかの実施形態において非同期性であってよく、パルスセグメントは様々な持続期間を有してよい。図示するように、マスタセグメントおよびパケットはデジタル領域において定義され、パルスセグメントはアナログ領域において定義され得る。
【００６２】
［0072］  図３Ｂは、本出願の非限定的な実施形態に係る、一連のパケットを通して形成された典型的なマルチレベルパルス３０１を示す時間図を示す。図示した例において、基準電圧は、７つの選択可能な基準電圧ＲＶ１・・・ＲＶ７の中から選択され得る。時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９、およびｔ１０において、新たな基準電圧が選択される。たとえばｔ１においてＲＶ４が選択され、ｔ２においてＲＶ５が選択され、ｔ３においてＲＶ６が選択されるなどである。「イベント」は本明細書において、たとえば時間ｔ１、ｔ２、ｔ３などのように、新たな基準電圧が選択される時間として定義される。図３Ｂの非限定的な例において、７つの選択可能な基準電圧のセットが提供されるが、任意の適切な数の基準電圧が利用されてよい。いくつかの実施形態において、パルスは双極性であってよく、各選択可能な基準電圧は正および／または負であってよい。
【００６３】
［0073］  いくつかの実施形態において、パケットは、フィールド３１２Ａとして機能するフィールドＰＭＯＳ／ＮＭＯＳを備えてよい。ｐＭＯＳトランジスタは、前回選択された基準電圧よりも大きい基準電圧の選択に応答して電圧を上げるためにアクティブ化（オン状態に）され得る。ｎＭＯＳトランジスタは、前回選択された基準電圧よりも小さい基準電圧の選択に応答して電圧を下げるためにアクティブ化（オン状態に）され得る。セグメント中、いくつかの実施形態においては各セグメント中、少なくとも１つのトランジスタが非アクティブ化（オフ状態に）される。いくつかの実施形態において、パケットは、選択可能な基準電圧のセットから基準電圧を選択するために、フィールド３１２Ｂとして機能するフィールドＲＥＦ＿Ｖを備えてよい。７つの選択可能な基準電圧を示す図３Ｂの非限定的な例において、ＲＥＦ＿Ｖは、８つ以上の組み合わせをもたらす３以上のビットを備えてよい。いくつかの実施形態において、クロックカウンタは、パケットに関連する持続期間に達するまでクロックサイクルをカウントしてよい。図３Ｂに示す実施形態において、パケットは、フィールド持続期間によって定義されたそれぞれの持続期間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、およびＤ１０を示す。
【００６４】
［0074］  図４は、本出願の非限定的な実施形態に係る、複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサを制御する方法のステップを示す。方法４００はアクト４０２で開始してよく、ここで波形発生器１５１はメモリ１５３にアクセスし、マスタセグメントを取得してよい。この動作は、いくつかの実施形態において、コンピュータコードの実行によってトリガされ得る。マスタセグメントは、対応するパルスセグメントの特性を定義することが意図された値を備えてよい。たとえばマスタセグメントは、複数の選択可能な基準電圧のうちの基準電圧を表す値を備えてよい。応答して、対応するパルスセグメントは、基準電圧に固定された電圧を有してよい。いくつかの実施形態において、マスタセグメントは、たとえばトランジスタ１２７など第１のトランジスタの導通状態、および／またはたとえばトランジスタ１２９など第２のトランジスタの導通状態を表す値を備えてよい。そのような値に基づいて、第１のトランジスタ１２７および第２のトランジスタ１２９は、マスタセグメントに対応するパルスセグメントの持続期間を通して、導通または非導通状態に設定され得る。
【００６５】
［0075］  アクト４０４において、波形発生器１５１は、アクト４０２においてメモリ１５３から取得したマスタセグメントに基づいてパケットを形成してよい。いくつかの実施形態において、形成されたパケットは、マスタセグメントにおいて定義された１または複数の値を備えてよい。いくつかの実施形態において、パケットは、パケットのデータ経路を制御するために用いられ得る値を備えてよい。いくつかの実施形態において、パケットは、パケットに対応するパルスセグメントの持続期間を表す値を備えてよい。他の実施形態において、パルスセグメントの持続期間は、所望の数のクロックサイクルに達するまでクロックサイクルをカウントするように構成されたカウンタによって定義され得る。
【００６６】
［0076］  アクト４０６において、パケットは、復号回路へ送信され得る。復号回路は、いくつかの実施形態において復号回路１０５１・・・１０５Ｎを備えてよい。パケットは、直列的に送信され得る。たとえばパケットは、一度に１ビット送信され得る。いくつかの実施形態において、波形発生器１５１は、たとえばパケット発生器２６０１および２６０２など１または複数のパケット発生器を備えてよく、それら各々がパケットを直列的に送信してよい。
【００６７】
［0077］  いくつかの実施形態において、波形発生器１５１は、メモリ１５３から複数のマスタセグメントを取得し、複数のパケットを形成してよい。いくつかの実施形態において、取得されたマスタセグメントごとに１つのパケットが形成される。いくつかの実施形態において、各パケットは、パルスセグメントを定義するために用いられ得る。パルスセグメントは、所望の波形を形成するために連結され得る。波形の各パルスセグメントは、それぞれのパケットに含まれる基準電圧によって定義された値に固定され得る。
【００６８】
［0078］  いくつかの実施形態において、パケットは、遅延メッシュ回路２６９を通って送信され得る。いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は、パケット発生器から１または複数のパケットを受信し、複数のパケットのコピーを生成してよい。たとえば遅延メッシュ回路２６９は、パルサごとに１つのパケットのコピーを生成してよい。いくつかの実施形態において、遅延メッシュ回路２６９は、１または複数の時間遅延を伴ってコピーを送信してよい。たとえばコピーは、所望の分布に基づいて時間遅延され得る。
【００６９】
［0079］  アクト４０８において、復号回路１０５１・・・１０５Ｎを備える復号回路は、直列化パケットを受信し、それらを復号してよい。直列化パケットの復号は、いくつかの実施形態において、直列並列変換を実行することを備えてよい。したがって復号回路は、一度にパケット１ビットを受信し、１または複数のビットワードを形成してよい。たとえば１ワードは、基準電圧を定義するビットを含む、たとえばフィールド３１２Ｂなどのフィールドを備えてよい。いくつかの実施形態において、基準電圧に対応するワードは、それぞれのパルス化回路へ符号化回路によって並列で送信され得る。
【００７０】
［0080］  いくつかの実施形態において、直列化パケットの復号は、パケットを変調することを備えてよい。パケットは、基準電圧に対応するパケットの値を、所望の係数で乗算または割り算することによって変調され得る。いくつかの実施形態において、復号回路によって受信された様々なパケットは、様々な係数で変調され得る。たとえばパケットは、各復号回路が所望の係数を提供し得るように、所望の変調プロファイルに従って変調され得る。いくつかの実施形態において、パケットの変調は、超音波トランスデューサのアレイにわたって空間的にアポダイズされたパルスを取得するために実行され得る。
【００７１】
［0081］  アクト４１０において、パルス化回路１０３１・・・１０３Ｎは、それぞれの復号回路１０５１・・・１０５Ｎによって制御され得る。上述したように、パルス化回路の制御は、パルス化回路へフィールド３１２Ａ、３１２Ｂ、および３１２Ｃを提供することによって得られ得る。フィールドの取得に応答して、パルス化回路は、パルスセグメントを生成してよい。フィールドは、いくつかの実施形態において、並列で送信されたワードを介して受信され得る。いくつかの実施形態において、パルスセグメントは、受信した基準電圧に固定された電圧を有してよい。基準電圧は、変調率によって拡大縮小されてよく、またはされなくてもよい。
【００７２】
［0082］  アクト４１２において、パルスセグメントは、超音波トランスデューサへ送信され得る。応答して、超音波トランスデューサは、音響超音波波形セグメントを生成してよい。いくつかの実施形態において、音響超音波波形セグメントは、固定された電圧に比例する強度を有してよい。いくつかの実施形態において、パケットは、複数のパルスセグメントを有する波形を形成するために連結され得る。対応して、複数の音響超音波波形セグメントを有する音響超音波波形が形成され得る。
【００７３】
［0083］  本出願の態様は、１または複数の利益をもたらしてよく、そのいくつかが上述された。ここで説明したものは、そのような利益の一部の非限定的な例である。全ての態様および実施形態が必ずしもここで説明される利益の全てを提供するわけではないことを理解すべきである。また、本出願の態様は、ここで説明される利益に加えて更なる利益を提供し得ることを理解すべきである。
【００７４】
［0084］  本出願の態様は、空間的および／または時間的アポディゼーションを提供することによって超音波画像の品質を改善し得るマルチレベルパルスを生成するように構成されたパルス化回路を提供する。アポディゼーションは、送信されたパルスに関連するサイドローブの範囲を低減することによって、生成される画像の解像度を高め得る。
【００７５】
［0085］  本出願の態様は、ソフトウェア定義波形発生器を提供する。本明細書で説明される種類の波形発生器は、コンピュータコードの実行に応答してパルス化回路を制御するように構成され得る。本明細書で説明される種類の波形発生器の使用は、超音波パルスを生成するために必要なハードウェアを著しく少なくすることによって、電力消費および／または必要な設置空間を減少させ得る。
【００７６】
［0086］  本出願の技術のいくつかの態様および実施形態が説明されたが、理解されるように、様々な代替、修正、および改善が当業者には容易に想起される。そのような代替、修正、および改善は、本出願において説明された技術の主旨および範囲に収まることが意図される。したがって、理解されるように、上記実施形態は例として提示されたにすぎず、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内で、発明的実施形態は、明確に記載されずとも他の方法で実施され得る。また、本明細書で説明された２つ以上の特徴、システム、物品、材料、および／または方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、および／または方法が互いに矛盾しない場合、本開示の範囲内に含まれる。
【００７７】
［0087］  また、説明したように、いくつかの態様は、１または複数の方法として具体化され得る。方法の一部として実行されるアクトは、任意の適切な方法で順序付けされてよい。したがって、例示的な実施形態において連続的なアクトとして示される場合でもいくつかのアクトを同時に実行することを含み得る、図示されたものと異なる順序で実行される実施形態が構成され得る。
【００７８】
［0088］  本明細書で定義され使用される全ての定義は、辞書における定義、参照によって組み込まれる文書における定義、および／または定義された用語の元来の意味に対し優位であることを理解すべきである。
【００７９】
［0089］  不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、本願で明細書および特許請求の範囲において用いられる場合、明確に例外が示されない限り、「少なくとも１つ」を意味することを理解すべきである。
【００８０】
［0090］  「および／または」という語句は、本願で明細書および特許請求の範囲において用いられる場合、接続された要素、すなわち場合によっては接続的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味することを理解すべきである。
【００８１】
［0091］  本願で明細書および特許請求の範囲において用いられる場合、１または複数の要素の羅列に言及する「少なくとも１つ」という語句は、要素の羅列における任意の１または複数の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味するものであるが、必ずしも要素の羅列に特に挙げられた各要素および全ての要素の少なくとも１つを含むわけではなく、要素の羅列における要素の任意の組み合わせを排除するものでもないことを理解すべきである。この定義は、「少なくとも１つ」という語句が言及する要素の羅列において特に識別されない要素以外の要素が、特に識別される要素に関連しても関連しなくても、任意選択的に存在し得ることも可能にする。
【００８２】
［0092］  「およそ」および「約」という語は、いくつかの実施形態において目標値の±２０％範囲内、いくつかの実施形態において目標値の±１０％範囲内、いくつかの実施形態において目標値の±５％範囲内、いくつかの実施形態において目標値の±２％範囲内を意味するように用いられ得る。「およそ」および「約」という語は、目標値を含んでよい。
【００８３】
［0093］  特許請求の範囲および本明細書において、たとえば「備える」、「含む」、「所持する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保持する」、「〜で構成される」などの移行句は全て、オープンエンドである、すなわち含むがそれらに限定されないことを意味することが理解される。「〜から成る」および「主に〜から成る」という移行句は、それぞれ閉鎖型または半閉鎖型の移行句であるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2019509840.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月27日(2018.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサを制御する方法であって、
送信回路によって、複数のマルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように前記複数のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを送信することと、
復号回路によって、前記制御データパケットの前記直列ストリームを受信し前記制御データパケットを前記複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行することと、
前記複数のパルサによって、前記制御データパケットの前記直列ストリームに基づいて複数のパルスを生成することと
を備える方法。
【請求項２】
複数のパルスを生成することに応答して、前記複数の超音波トランスデューサのうちの少なくとも１つの超音波トランスデューサを用いて音響超音波波形セグメントを生成することを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のパルサのうちの少なくとも１つのパルサは、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備え、前記制御データパケットの前記直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記第１のトランジスタに関連する第１の導通状態および前記第２のトランジスタに関連する第２の導通状態を表す値を備え、
前記値に基づいて、前記第１のトランジスタを前記第１の導通状態とし、前記第２のトランジスタを前記第２の導通状態とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
空間的アポディゼーションを得るために前記複数のパルサにわたり前記制御データパケットの前記直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットを変調することを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、持続期間を識別するフィールドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、基準電圧を識別するフィールドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、トランジスタの導通状態を識別するフィールドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記制御データパケットの第１の制御データパケットは、基準電圧の指示を有する第１のフィールドおよび持続期間の指示を有する第２のフィールドを含むマルチフィールドデータパケットである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
時間的アポディゼーションを実現するために、前記制御データパケットの直列ストリームを送信する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の超音波トランスデューサと、
前記複数の超音波トランスデューサに結合された複数のパルサと、
前記複数のパルサに結合され、マルチレベル波形の複数の波形セグメントを作成するように第１のパルサの動作を指定する制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサの前記第１のパルサへ提供するように構成された送信回路と、
前記制御データパケットの前記直列ストリームを受信し前記制御データパケットを前記複数のパルサへ並列的に送信することによって直列並列変換を実行するように構成された復号回路と
を備える装置。
【請求項１１】
前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記マルチレベル波形が基準電圧の任意の１つになり得るように、複数の前記基準電圧のうちの１つの基準電圧を表す値を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のパルサは、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備え、前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットは、前記第１のトランジスタに関連する第１の導通状態および前記第２のトランジスタに関連する第２の導通状態を表す値を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のパルサは双極性パルサを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のパルサおよび前記複数の超音波トランスデューサはシリコン基板上に一体化される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御データパケットの直列ストリームのうちの少なくとも１つの制御データパケットを遅延させるように構成された遅延メッシュ回路を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
空間的アポディゼーションを得るために、前記制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサにわたって変調するように構成された復号回路を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数のパルサの第１のパルサに結合された、前記複数の超音波トランスデューサの第１の超音波トランスデューサは、前記制御データパケットの直列ストリームを前記複数のパルサの前記第１のパルサへ提供することに応答して、音響超音波波形を生成するように構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記送信回路は、時間的アポディゼーションを実現するために、前記制御データパケットの直列ストリームを提供するように構成される、請求項１０に記載の装置。
【国際調査報告】
2019509840.tif 000012